Die autosomal rezessiv vererbte proximale spinale Muskelatrophie (SMA, MIM #253300) ist eine schwere neuromuskuläre Erkrankung, die durch eine Degeneration der Alpha-Motorneuronen im Rückenmark gekennzeichnet ist und zu einer fortschreitenden proximalen Muskelschwäche und Lähmung führt. SMA ist nach Mukoviszidose die zweithäufigste tödlich verlaufende autosomal rezessive Erkrankung mit einer geschätzten Prävalenz von 1 zu 10.000 Lebendgeburten und einer Trägerfrequenz von 1/40Ð1/60. Die SMA im Kindesalter wird anhand des Alters des Ausbruchs und des klinischen Verlaufs in drei klinische Gruppen unterteilt: Typ I der SMA (Werdnig-Hoffmann) ist durch schwere, generalisierte Muskelschwäche und Hypotonie bei der Geburt oder innerhalb der ersten drei Monate gekennzeichnet. Der Tod durch Atemversagen tritt gewöhnlich innerhalb der ersten 2 Jahre ein. Kinder mit Typ II können zwar sitzen, aber nicht stehen oder ohne Hilfe gehen und überleben mehr als 4 Jahre. Typ III der SMA (Kugelberg-Welander) ist eine mildere Form, die im Säuglings- oder Jugendalter auftritt: Die Patienten lernen, ohne fremde Hilfe zu gehen.
Das SMN-Gen (Survival Motor Neuron) umfasst neun Exons und ist nachweislich das primäre SMA-bestimmende Gen. Zwei fast identische SMN-Gene befinden sich auf 5q13: das telomerische oder SMN1-Gen, das das SMA-bestimmende Gen ist, und das zentromerische oder SMN2-Gen. Das Exon 7 des SMN1-Gens fehlt homozygot bei etwa 95 % der betroffenen Patienten, mit wenigen Ausnahmen sind die übrigen heterozygot für die Deletion des Exons 7 und eine kleine, subtilere Mutation im anderen Allel (Compound-Heterozygote). Obwohl bei der Mehrzahl der Patienten Anomalien des SMN1-Gens festgestellt werden, wurde keine PhänotypÐGenotyp-Korrelation beobachtet, da das SMN1-Exon 7 bei der Mehrzahl der Patienten unabhängig vom Typ der SMA fehlt. Das liegt daran, dass die Routinediagnostik nicht zwischen einer Deletion von SMN1 und einer Konversion unterscheidet, bei der SMN1 durch eine Kopie von SMN2 ersetzt wird. Inzwischen gibt es mehrere Studien, die zeigen, dass die SMN2-Kopienzahl den Schweregrad der Krankheit beeinflusst. Die Kopienzahl schwankt zwischen null und drei Kopien in der Normalbevölkerung, wobei etwa 15 % der normalen Personen kein SMN2 haben. Es hat sich jedoch gezeigt, dass leichtere Patienten mit Typ II oder III mehr Kopien von SMN2 haben als Patienten mit Typ I. Es wurde vorgeschlagen, dass das zusätzliche SMN2 bei den leichter betroffenen Patienten durch Genumwandlungen entsteht, wobei das SMN2-Gen entweder teilweise oder vollständig in den telomeren Locus kopiert wird.
Zwischen den SMN1- und SMN2-Transkripten bestehen fünf Basenpaar-Veränderungen, wobei keine dieser Unterschiede Aminosäuren verändert. Da praktisch alle SMA-Patienten mindestens eine Kopie des SMN2-Gens besitzen, wurde zunächst nicht verstanden, warum Personen mit SMN1-Mutationen einen SMA-Phänotyp haben. Inzwischen konnte gezeigt werden, dass das SMN1-Gen überwiegend ein Transkript in voller Länge produziert, während die SMN2-Kopie überwiegend ein alternativ transkribiertes Produkt (Exon 7 deletiert) produziert. Der Einschluss von Exon 7 in SMN1-Transkripten und der Ausschluss dieses Exons in SMN2-Transkripten wird durch einen einzigen Nukleotidunterschied bei +6 im SMN-Exon 7 verursacht. Obwohl die Veränderung von C zu T im SMN2-Exon 7 keine Aminosäure verändert, unterbricht sie einen exonischen Spleißverstärker, der dazu führt, dass den meisten SMN2-Transkripten das Exon 7 fehlt. SMA entsteht also, weil das SMN2-Gen die fehlende SMN1-Expression nicht vollständig kompensieren kann, wenn SMN1 mutiert ist. Die geringe Menge an Transkripten voller Länge, die von SMN2 erzeugt wird, ist jedoch in der Lage, einen milderen Typ II- oder III-Phänotyp zu erzeugen, wenn die Kopienzahl von SMN2 erhöht ist.
Die molekulare Diagnose der SMA besteht im Nachweis des Fehlens von Exon 7 des SMN1-Gens. Das homozygote Fehlen von nachweisbarem SMN1 bei SMA-Patienten wird als leistungsfähiger Diagnosetest für SMA verwendet. Obwohl die gezielte Mutationsanalyse eine ausgezeichnete Sensitivität von etwa 95 % bei der Identifizierung betroffener Homozygoten hat, kann sie keine SMA-Träger mit heterozygoten SMN1-Deletionen erkennen. Vielmehr ist eine Analyse der SMN1-Gendosierung erforderlich, um Träger zu erkennen, und sie ist sehr genau, wenn sie in einem erfahrenen Labor durchgeführt wird. Da die SMA mit einer Trägerfrequenz von 1/40Ð1/60 eine der häufigsten tödlich verlaufenden genetischen Erkrankungen ist, hat sich der direkte Träger-Dosierungstest für viele Familien mit betroffenen Kindern als nützlich erwiesen. Eine Reihe von quantitativen Polymerase-Kettenreaktionstests wurden zur Identifizierung von SMA-Trägern eingesetzt.
Es gibt zwei Einschränkungen für den Trägertest. Erstens sind etwa 2 % der SMA-Fälle das Ergebnis von De-novo-Mutationen, was im Vergleich zu den meisten autosomal rezessiven Erkrankungen hoch ist. Die hohe Rate an De-novo-Mutationen in SMN1 könnte der Grund für die hohe Trägerfrequenz in der Allgemeinbevölkerung trotz der genetischen Letalität der Typ-I-Krankheit sein. Die große Anzahl an wiederholten Sequenzen um den SMN1- und SMN2-Lokus prädisponiert diese Region wahrscheinlich für ungleiche Kreuzungen und Rekombinationen und führt zu der hohen De-novo-Mutationsrate. Es hat sich gezeigt, dass die de novo-Mutationen hauptsächlich während der väterlichen Meiose auftreten. Zweitens kann die Kopienzahl von SMN1 auf einem Chromosom variieren; wir haben beobachtet, dass etwa 5 % der normalen Bevölkerung drei Kopien von SMN1 besitzen. Es ist also möglich, dass ein Träger ein Chromosom mit zwei Kopien und ein zweites Chromosom mit null Kopien besitzt. Der Nachweis von zwei SMN1-Genen auf einem einzigen Chromosom hat schwerwiegende Auswirkungen auf die genetische Beratung, da ein Träger mit zwei SMN1-Genen auf einem Chromosom und einer SMN1-Deletion auf dem anderen Chromosom das gleiche Dosisresultat hat wie ein Nichtträger mit einem SMN1-Gen auf jedem Chromosom 5. Die Feststellung einer normalen Dosierung von zwei SMN1-Kopien verringert also das Risiko, Träger zu sein, erheblich; dennoch besteht für Personen mit zwei SMN1-Gen-Kopien ein Restrisiko, Träger zu sein, und in der Folge ein geringes Wiederholungsrisiko für zukünftige betroffene Nachkommen. Berechnungen zur Risikobewertung mit Hilfe der Bayes’schen Analyse sind für eine angemessene genetische Beratung von SMA-Familien unerlässlich.
Zurzeit werden nur Personen mit einer Familiengeschichte von SMA routinemäßig Trägertests angeboten. Für eine Reihe anderer genetischer Erkrankungen mit ähnlicher Trägerhäufigkeit wird jedoch derzeit ein breiter angelegtes Trägerscreening in der Bevölkerung empfohlen. Der Prototyp für das Heterozygoten-Screening war das Testen auf die Tay-Sachs-Krankheit in der aschkenasischen jüdischen Bevölkerung, wo seit 1969 Trägertests angeboten werden. Das Trägerscreening, gefolgt von einer pränatalen Diagnose, wenn dies angezeigt ist, hat zu einem dramatischen Rückgang der Inzidenz des Tay-Sachs-Syndroms in der jüdischen Bevölkerung geführt. Es ist allgemein anerkannt, dass die folgenden Kriterien erfüllt sein sollten, damit ein Screening-Programm erfolgreich ist: (1) die Störung ist klinisch schwerwiegend, (2) eine hohe Häufigkeit von Trägern in der untersuchten Population, (3) die Verfügbarkeit eines zuverlässigen Tests mit hoher Spezifität und Sensitivität, (4) die Verfügbarkeit einer pränatalen Diagnose und (5) der Zugang zu genetischer Beratung. SMA erfüllt die Kriterien für ein bevölkerungsbezogenes genetisches Screening. Ein Trägerscreening wird empfohlen, wenn Aufklärungsmaterial zur Verfügung steht, das von Patienten und Anbietern genutzt werden kann.
Ziel des bevölkerungsbezogenen SMA-Trägerscreenings ist es, Paare zu identifizieren, die ein Risiko haben, ein Kind mit SMA zu bekommen. Das Träger-Screening vor der Empfängnis ermöglicht es Träger-Paaren, das gesamte Spektrum der Reproduktionsmöglichkeiten in Betracht zu ziehen. Die Entscheidung, sich einem SMA-Trägertest zu unterziehen, sollte auf einer informierten Entscheidung beruhen. Es sind Aufklärungsbroschüren erhältlich, die Informationen über SMA und die Vererbungsmuster liefern. Für Paare ist es wichtig, die Dosierungstests zu verstehen. Da die SMA in 95 % der Fälle auf eine einzige Deletion zurückzuführen ist, ist der Trägertest sehr empfindlich (Nachweisrate von 90 %). Allerdings werden mit dem molekularen Test nicht alle Träger identifiziert, so dass es zu falsch-negativen Ergebnissen kommen kann. Etwa 5 % der betroffenen Patienten sind Compound-Heterozygoten, die eine Deletion und eine Punktmutation aufweisen. Solche Punktmutationsträger werden durch die Dosierungstests nicht identifiziert. Es ist bekannt, dass ein falsch-negatives Ergebnis bei SMA-Trägern auftritt, wenn der Träger zwei SMN1-Gene in cis auf dem einen Chromosom 5 hat. Außerdem haben etwa 2 % der betroffenen Personen eine De-novo-Mutation. Daher müssen Personen, die sich für einen Trägertest entscheiden, eine genetische Beratung erhalten, die speziell auf die Möglichkeit eines falsch-negativen Ergebnisses eingeht.